CN101013665B - 半导体器件的制造方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种制造具有改善的工作特性和可靠性的半导体器件的方法。在衬底上形成非晶半导体膜，其掺杂有促进结晶的金属元素，通过第一热处理结晶非晶半导体膜来形成结晶半导体膜；去除结晶半导体膜上形成的第一氧化膜并形成第二氧化膜；用第一激光照射其上形成了第二氧化膜的结晶半导体膜；在第二氧化膜上形成含有稀有气体元素的半导体膜；通过第二热处理将含在结晶半导体膜中的金属元素吸气到含有稀有气体元素的半导体膜中；去除含有稀有气体元素的半导体膜和第二氧化膜；在含氧气氛中用第二激光照射结晶半导体膜。

Description

半导体器件的制造方法
技术领域
本发明涉及一种半导体器件以及该半导体器件的制造方法。此外，本发明涉及一种提供有本发明半导体器件的显示装置和一种提供有该显示装置的电子设备。
应当注意，在该说明书中，半导体器件表示能够利用半导体特性工作的所有器件。
背景技术
近些年，通过使用形成于具有绝缘表面的衬底上方的薄半导体膜(厚度接近几个到几百个nm)制造薄膜晶体管(TFT)的技术已经引起了主意。晶体管广泛地用于如IC的电子器件、电光器件和发光显示器件，且尤其期望开发其作为开关元件用于图像显示器件。
此外，已经积极地开发了一种有源矩阵显示器件(发光显示器件或者液晶显示器件)，其中使用晶体管形成的开关元件提供于设置成矩阵的显示像素中的每个。为了提高显示器件的图像质量，需要能够以高速度运行的开关元件；然而，对于开发具有使用非晶半导体膜的晶体管的这种开关元件存在限制。因此，使用了使用具有较高场效应迁移率的多晶半导体膜的晶体管，且必须形成具有优良质量的多晶半导体膜。
在专利文献1(日本公开专利申请No.2003—68642)中，公开了一种技术，其中添加了促进结晶的催化剂元素如镍，通过热处理结晶非晶半导体膜，用激光照射获得的结晶半导体膜，并强化结晶半导体膜的结晶度。而且，公开了一种技术，其中，在结晶之后，将留在结晶半导体膜中的催化元素吸气(getter)到含有磷或者稀有气体元素的非晶半导体膜中。
然而，在专利文献1中公开的技术中，在吸气之后对在结晶半导体膜中产生的针孔和不均匀度的测量不充分。
当通过添加如镍的金属元素并进行热处理来结晶非晶半导体膜时，在形成的结晶半导体膜的表面上方形成氧化膜。在通过使用氢氟酸基溶液去除氧化膜的情况下，连续进行氢氟酸处理、用纯水清洗和干燥的步骤。然而，如上所述地连续进行自氢氟酸处理到干燥的步骤时，用氢氟酸去除氧化膜和用纯水清洗时，暴露出的半导体膜、空气中的氧和纯水中的H2O分子相互反应。因此，在结晶半导体膜上产生反应产物。通常反应产物称作水印。
在制造半导体器件的情况下，金属元素如镍具有促进结晶的作用。然而，当结晶之后金属元素留在半导体膜中时，则会不利地影响半导体器件的特性；因此，需要去除金属元素。作为用于去除金属元素的一种方法，如专利文献1中所述，存在一种公知技术，其中将氧化膜和含有稀有气体元素的半导体膜叠置在多晶半导体膜上方，且通过热处理将金属元素从结晶半导体膜吸气到含有稀有气体元素的半导体膜中。注意，在吸气中，在待吸气区中(在结晶之后的半导体膜)含有的金属元素通过热能来释放，并通过扩散移动到吸气区(含有稀有气体元素的半导体膜)。
在从半导体膜减少或者去除金属元素之后，去除在结晶半导体膜上方的氧化膜和含有稀有气体元素半导体膜。具体地，通过使用碱性溶液如氢氧化四甲基胺(TMAH)或者胆碱(2-氢氧化羟基三甲胺的水溶液)选择性的蚀刻来去除含有稀有气体元素的半导体膜。此时，也蚀刻在结晶之后去除氧化膜中产生的反应产物，并且在结晶半导体膜中产生针孔。
此外，存在各种因素以导致针孔。当在结晶半导体膜中产生针孔时，不利地影响半导体器件的特性；例如，稍后形成的栅绝缘膜的覆盖率变更变劣并且会导致缺陷等。因此，一个非常重要的目的是减少最终获得的结晶半导体膜中的针孔并且平坦化结晶半导体膜。
发明内容
考虑到上述情况，提出了本发明，并且本发明的目的是提供具有改进的操作特性以及可靠性的半导体器件，以及该半导体器件的制造方法。
尤其，本发明的目的是提供一种半导体器件的制造方法，其中可减少结晶半导体膜表面上方的针孔数。
勤奋研究的结果是，本发明发现通过以下工艺可减少针孔：将促进结晶的金属元素添加到非晶半导体膜中，通过热处理进行结晶，用氢氟酸去除结晶半导体膜上方形成的氧化膜，并在用纯水清洗并干燥之前用含臭氧的的水等在结晶半导体膜上方形成氧化膜。
此外，本发明人发现结晶半导体膜中的针孔能够通过以下工艺进一步减少：用第一激光照射通过添加金属元素和进行热处理结晶的半导体膜，以进一步增强结晶度，通过使用含有稀有气体元素的半导体膜对金属元素进行吸气，去除含有稀有气体元素的半导体膜，并用第二激光照射其中减少或去除了金属元素的半导体膜。
因此，本发明的特征在于在绝缘表面上方形成非晶半导体膜；将促进结晶度金属元素添加到非晶半导体膜中；通过热处理结晶非晶半导体膜来形成结晶半导体膜；去除在结晶化中形成的氧化膜且之后立即形成新的氧化膜；用第一激光照射结晶半导体膜以增强结晶度；在位于结晶半导体膜上方的氧化膜上方形成含有稀有气体元素的半导体膜；对包含在结晶半导体膜中的金属元素进行吸气；去除含有稀有气体元素的半导体膜和氧化膜；和用第二激光照射结晶半导体膜以减少针孔。
根据本发明的一个特征，一种用于制造半导体器件的方法，包括步骤：在具有绝缘表面的衬底上方形成非晶半导体膜；将促进结晶的金属元素添加到非晶半导体膜中；通过第一热处理结晶非晶半导体膜来形成结晶半导体膜；去除在第一热处理中在结晶半导体膜上方形成的氧化膜且之后立即形成第二氧化膜；用第一激光照射其上方形成了第二氧化膜的结晶半导体膜；在第二氧化膜上方形成含有稀有气体元素的半导体膜；通过第二热处理将含在结晶半导体膜中的金属元素吸气到含有稀有气体元素的半导体膜；去除含有稀有气体元素的半导体膜和第二氧化膜；并在空气中或氧气气氛中用第二激光照射结晶半导体膜。
根据本发明的另一特征，一种用于制造半导体器件的方法，包括步骤：在具有绝缘表面的衬底上方形成非晶半导体膜；将促进结晶的金属元素添加到非晶半导体膜；通过第一热处理结晶非晶半导体膜来形成结晶半导体膜；用氢氟酸基溶液去除在第一热处理中在结晶半导体膜上方形成的第一氧化膜，并之后立即用含臭氧的水溶液形成第二氧化膜；用第一激光照射其上方形成了第二氧化膜的结晶半导体膜；在第二氧化膜上方形成含有稀有气体元素的半导体膜；通过第二热处理将含在结晶半导体膜中的金属元素吸气到含有稀有气体元素的半导体膜中；去除含有稀有气体元素的半导体膜和第二氧化膜；并用第二激光照射结晶半导体膜。
根据本发明的另一特征，一种用于制造半导体器件的方法包括步骤：在具有绝缘表面的衬底上方形成非晶半导体膜；将促进结晶的金属元素添加到非晶半导体膜；通过第一热处理结晶非晶半导体膜来形成结晶半导体膜；去除在第一热处理步骤中形成于结晶半导体膜上方的第一氧化膜且之后立即形成第二氧化膜；在空气中或氧气气氛中用第一激光照射其上方形成了第二氧化膜的结晶半导体膜；在第二氧化膜上方形成含有稀有气体元素的半导体膜；通过第二热处理将含在结晶半导体膜中的金属元素吸气到含有稀有气体元素的半导体膜中；去除含有稀有气体元素的半导体膜和第二氧化膜；和用第二激光在氮气气氛中或真空中照射结晶半导体膜。
根结本发明的另一特征，一种制造半导体器件的方法包括步骤：在具有绝缘表面的衬底上方形成非晶半导体膜；将促进结晶的金属元素添加至非晶半导体膜；通过第一热处理结晶非晶半导体膜来形成结晶半导体膜；用氢氟酸基溶液去除在第一热处理中在结晶半导体膜上方形成的第一氧化膜且之后立即用含臭氧的水溶液形成第二氧化膜；在空气中或氧气气氛中用第一激光照射其上方形成了第二氧化膜的结晶半导体膜；在第二氧化膜上方形成含有稀有气体元素的半导体膜；通过第二热处理将含在结晶半导体膜中的金属元素吸气到含有稀有气体元素的半导体膜中；去除含有稀有气体元素的半导体膜和第二氧化膜；并且在氮气气氛中或真空中用第二激光照射结晶半导体膜。
根据本发明的另一特征，一种用于制造半导体器件的方法包括步骤：在具有绝缘表面的衬底上方形成非晶半导体膜；将促进结晶的金属元素添加到非晶半导体膜；通过第一热处理结晶非晶半导体膜来形成结晶半导体膜；去除在第一热处理中在结晶半导体膜上方成的第一氧化膜并在之后立即形成了第二氧化膜；用第一激光照射其上方形成了第二氧化膜的结晶半导体膜；在第二氧化膜上方形成含有稀有气体元素的半导体膜；通过第二热处理将含在结晶半导体膜中的金属元素吸气到含有稀有气体元素的半导体膜中；去除含有稀有气体元素的半导体膜和第二氧化膜；用第二激光照射结晶半导体膜；通过蚀刻结晶半导体膜形成岛状半导体膜；和在岛状半导体膜上方形成栅绝缘膜。
根据本发明的另一特征，一种用于制造半导体器件的方法包括步骤：在具有绝缘表面的衬底上方形成非晶半导体膜；将促进结晶的金属元素添加到非晶半导体膜中；通过第一热处理结晶非晶半导体膜来形成结晶半导体膜；用氢氟酸基溶液去除在第一热处理中在结晶半导体膜上方形成的第一氧化膜且之后立即用含臭氧的水溶液形成第二氧化膜；用第一激光照射其上方形成了第二氧化膜的结晶半导体膜；在第二氧化膜上方形成含有稀有气体元素的半导体膜；通过第二热处理将含在结晶半导体膜中的金属元素吸气到含有稀有气体元素的半导体膜中；去除含有稀有气体元素的半导体膜和第二氧化膜；用第二激光照射结晶半导体膜；通过蚀刻结晶半导体膜形成岛状半导体膜；和在岛状半导体膜上方形成栅绝缘膜。
根结本发明的另一特征，一种用于制造半导体器件的方法包括步骤：在具有绝缘表面的衬底上方形成非晶半导体膜；将促进结晶的金属元素添加到非晶半导体膜中；通过第一热处理结晶非晶半导体膜来形成结晶半导体膜；去除在第一热处理中在结晶半导体膜上方形成的第一氧化膜且之后立即形成第二氧化膜；在空气中或氧气气氛中用第一激光照射其上方形成了第二氧化膜的结晶半导体膜；在第二氧化膜上方形成含有稀有气体元素的半导体膜；通过第二热处理将含在结晶半导体膜中的金属元素吸气到含有稀有气体元素的半导体膜中；去除含有稀有气体元素的半导体膜和第二氧化膜；在氮气气氛中或真空中用第二激光照射结晶半导体膜；通过蚀刻结晶半导体膜形成岛状半导体膜；和在岛状半导体膜上方形成栅绝缘膜。
根据本发明的另一特征，一种用于制造半导体器件的方法包括步骤：在具有绝缘表面的衬底上方形成非晶半导体膜；将促进结晶的金属元素添加到非晶半导体膜中；通过第一热处理结晶非晶半导体膜来形成结晶半导体膜；用氢氟酸基溶液去除在第一热处理中于结晶半导体膜上方形成的第一氧化膜并之后立即用含有臭氧的水溶液形成第二氧化膜；在空气中或氧气气氛中用第一激光照射其上方形成了第二氧化膜的结晶半导体膜；在第二氧化膜上方形成含有稀有气体元素的半导体膜；通过第二热处理将含在结晶半导体膜中的金属元素吸气到含有稀有气体元素的半导体膜中；去除含有稀有气体元素的半导体膜和第二氧化膜；在氮气气氛中或真空中用第二激光照射结晶半导体膜；通过蚀刻结晶半导体膜形成岛状半导体膜；和在岛状半导体膜上方形成栅绝缘膜。
本发明的另一特征在于，去除第一氧化膜之后和用纯水清洗之前立即形成第二氧化膜。
本发明的另一特征在于，优选以高于或等于350mJ/cm2并低于或等于400mJ/cm2的能量密度进行用第一激光的照射。
本发明的另一特征在于，优选以高于或等于340mJ/cm2并低于或等于400mJ/cm2的能量密度进行用第二激光的照射。
本发明的另一特征在于，第二激光的照射数低于第一激光的照射数。
本发明的另一特征在于，在去除第一氧化膜和用第一激光照射之间的时间间隔为两个小时或更少。尤其，本发明的特征在于，从去除第一氧化膜之后即刻到开始用第一激光照射之前即刻的时间间隔为两个小时或更少。
本发明的另一特征在于，用第一激光照射和形成含有稀有气体元素的半导体膜之间的时间间隔为48小时或更少。尤其本发明的特征在于，从用第一激光照射之后即刻到形成含有稀有气体元素的半导体膜之前即刻的时间间隔为48小时或更少。
本发明的另一特征在于，在去除第二氧化膜和用第二激光照射之间的时间间隔为两小时或更少。尤其，本发明的特征在于，从去除第二氧化膜之后即刻到开始用第二激光照射之前即刻的时间间隔为两小时或更少。
本发明的另一特征在于，铁(Fe)、镍(Ni)、钴(Co)、钌(Ru)、铑(Rh)、钯(Pd)、锇(Os)、铱(Ir)、铂(Pt)、铜(Cu)和金(Au)中的一种或多种用作促进结晶的金属元素。
通过本发明，可获得其中减少了针孔数的结晶半导体膜，且可以改进具有结晶半导体膜的半导体器件的操作特性和可靠性。此外，还能提高具有操作特性等改善的半导体器件的显示装置和电子装置的可靠性。
附图说明
在附图中：
图1示出了根据本发明半导体器件制造方法的一个实例的流程图；
图2A至2D每一个都是示出根据本发明的半导体器件制造方法一个实例的图；
图3A至3D每一个都是示出了根据本发明半导体器件制造方法的一个实例的图；
图4A和4B每一个都是示出了根据本发明半导体器件制造方法的一个实例的流程图；
图5A和5B每一个都是示出半导体器件的阈值电压变化的一个实例的图；
图6是示出结晶半导体膜中剩余镍浓度的统计概率分布的一个实例的图；
图7A至7C每一个都是示出根据本发明发光显示器件制造方法的一个实例的图；
图8A至8C每一个都是示出了根据本发明发光显示器件的制造方法一个实例的图；
图9A和9B每一个都是示出根据本发明发光显示器件的制造方法一个实例的图；
图10A和10B每一个都是示出根据本发明发光显示器件的制造方法一个实例的图；
图11A和11B每一个都是示出了根据本发明发光显示器件制造方法一个实例的图；
图12A和12B每一个都是示出根据本发明发光显示器件的制造方法一个实例的图；
图13A和13B每一个都是示出根据本发明发光显示器件制造方法的一个实例的图；
图14是示出根据本发明发光显示器件的制造方法的一个实例的图；
图15A至15C每一个都是示出了根据本发明发光显示器件的制造方法一个实例的图；
图16是示出根据本发明发光显示器件的像素部分的一个实例的顶视图；
图17是示出根据本发明发光显示器件的像素部分的等效电路的一个实例的图；
图18A和18B每一个都是示出了提供有根据本发明半导体器件的面板的实例的图；
图19是示出了提供有根据本发明的半导体器件的电子设备的实例；
图20A至2D每一个都是示出了提供有根据本发明半导体器件的电子设备的实例的图；
图21是示出结晶硅膜表面的SEM照片；
图22是示出结晶硅膜表面的SEM照片；和
图23是示出结晶硅膜表面的SEM照片。
具体实施方式
以下参考附图详细描述本发明的实施模式和实施例。注意，本发明不限于以下描述，且本领域技术人员容易理解，其模式和细节可以以各种方式进行修改，而不脱离本发明的目的和范围。因此，本发明不解释为受以下给定的实施模式和实施例的描述的限制。而且，在以下将描述的本发明的结构中，在不同附图中将相同参考数字用于相同部分或者具有相同功能的部分。
(实施模式1)
本发明涉及一种在绝缘表面上方形成结晶半导体膜的工艺。图1示出了说明根据本发明半导体器件制造方法的流程图。首先，在绝缘表面上方形成非晶半导体膜(St1)，并然后，将促进结晶的金属元素添加到非晶半导体膜(St2)。非晶结晶膜通过加热处理来结晶，以形成结晶半导体膜，在通过热处理结晶中在结晶半导体膜上方形成氧化膜(第一氧化膜)(St3)，去除第一氧化膜(St4)，之后立即形成新的氧化膜(第二氧化膜)(St5)，并且用第一激光照射结晶半导体膜以增强结晶度(St6)。注意，在第一激光照射中于结晶半导体膜上方形成新的氧化膜(含有第二氧化膜的第三氧化膜)。随后，在结晶半导体膜上方形成含有稀有气体元素的半导体膜(St7)，对在结晶半导体膜中的含有的金属元素(St8)进行吸气，去除金属元素向其移动的含有稀有气体元素的半导体膜(St9)，去除第三氧化膜(St10)，并且用第二激光照射结晶半导体膜(St101)，以减少最终获得的结晶半导体膜中的针孔。
以下，参考图2A至2D、3A至3D、4A和4B、5A和5B和6具体描述本发明的实施模式。
首先，在具有绝缘表面的衬底100上方形成基底绝缘膜101(见图2A)。由于衬底100具有绝缘表面，可以使用透光衬底。例如，可使用玻璃衬底、结晶玻璃衬底或塑料衬底(聚酰亚胺、丙烯酸树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚丙烯酸酯、聚醚砜等)。当将稍后将形成的晶体管用于发光显示器件并使用与衬底100侧相对的表面作为显示器表面来提取光发射时，除了上述衬底之外可以使用陶瓷衬底、半导体衬底、金属衬底(钽、钨、钼等)、通过在不锈钢衬底表面上形成绝缘膜获得的衬底等。注意，可使用任一种衬底，只要其至少耐受工艺中产生的热。
作为基底绝缘膜101，可使用氧化硅、氮化硅、含有氧的氮化硅、含有少量氮的氧化硅等形成的膜，且作为单层或具有两层或更多层的多层形成这些膜。并不特别限制形成基底绝缘膜的方法，可使用等离子体CVD方法、低压力CVD方法、溅射方法、PVD方法等。通过提供基底绝缘膜101，可防止杂质自衬底扩散。在该实施模式中，将基底绝缘膜101形成为单层，然后，明显的是，其可以是具有两层或更多层的多层。而且，并不特别需要形成基底绝缘膜，除非衬底上的不平坦或者自衬底的杂质扩散成为问题。
然后，在基底绝缘膜101(见图2A)上方形成非晶半导体膜102。作为非晶半导体膜102，可通过等离子体CVD方法、低压CVD方法、溅射方法、PVD方法等形成硅、硅锗(SiGe)合金等。注意，可以通过使用与基底绝缘膜101相同的膜形成装置在形成基底绝缘膜101之后连续形成非晶半导体膜102，即；在形成基底绝缘膜101之后连续形成非晶半导体膜102而不将衬底暴露到空气。因此，能够防止含在空气中的杂质附着到非晶半导体膜102上。
之后，将促进结晶的金属元素103添加到非晶半导体膜102(见图2)。作为促进结晶的金属元素，可使用例如下述元素：铁(Fe)、镍(Ni)、钴(Co)、钌(Ru)、铑(Rh)、钯(Pd)、锇(Os)、铱(Ir)、铂(Pt)、铜(Cu)或金(Au)。通过使用上述金属元素的一种或多种，通过：由溅射方法、PVD方法、低压CVD方法、等离子体CVD方法、蒸镀方法等形成上述金属元素的薄膜或上述金属元素硅化物的薄膜的方法；或者通过涂敷含有上述金属元素的溶液的方法等，将金属元素添加到非晶半导体膜102。此外，可以在非晶半导体膜102上形成掩模，以选择性添加金属元素。
而且，当添加金属元素103时，优选在非晶半导体膜102上方形成薄的氧化膜。例如，在于非晶半导体膜102表面上形成具有10至30nm厚度的薄氧化膜之后，将促进结晶的金属元素103保持在该氧化膜上方。不特别限制形成氧化膜的方法，可通过用含臭氧的水或者氧化溶液(如过氧化氢溶液)处理非晶半导体膜102表面来形成氧化膜，或者可以通过在氧气气氛中使用由紫外线照射产生臭氧的方法形成该氧化膜，等等(见图2A)。
然后，进行热处理以结晶非晶半导体膜102，并形成第一结晶半导体膜104a(见图2B)。通过热处理在非晶半导体膜102内部形成金属元素和半导体的合金，以该合金作为核进行结晶，并且形成第一结晶半导体膜104a。第一结晶半导体膜104a含有非晶成分和结晶成分。注意，在该热处理中在第一结晶半导体膜104a上形成了第一氧化膜105(见图2B)。
作为结晶中的热处理，可进行使用快速热退火(RTA)方法、炉等的热处理。RTA方法可以是通过光照射进行加热的灯型RTA方法，或者是通过使用高温气体进行加热的气体型RTA方法。优选地，在填充有低反应性气体(如氮气或稀有气体)的气氛下进行热处理。而且，在使用RTA方法的情况下，热处理温度是可以600至800℃，热处理时间是可以3至9分钟。在通过使用炉进行热处理的情况下，热处理温度是可以500至600℃，并且热处理时间可以是3至6小时。注意，在很多氢气包含在非晶半导体膜102中的情况下，通过350至500℃的温度下的热处理从非晶半导体膜102释放氢气，以使其具有1×1020原子/cm3或更低的氢浓度，并且之后进行用于结晶的热处理。
随后，在使用氢氟酸基溶液去除第一氧化膜105之后，形成第二氧化膜106(见图2C)。图4A和4B示出了使用氢氟酸基溶液去除氧化膜的流程图。总之，在通过使用氢氟酸基溶液的蚀刻去除氧化膜(第一氧化膜105)的情况下，顺序进行氢氟酸处理(St21)、纯水清洗(St22)和干燥(St23)的步骤(见图4B)。然而，在本发明中，在氢氟酸处理(St11)之后且在纯水清洗(St13)之前，形成新的氧化膜(第二氧化膜106)(St12)。之后，进行纯水清洗(St13)和干燥(St14)的步骤。换句话说，本发明的特征在于：按顺序执行氢氟酸处理(St11)、形成氧化膜(第二氧化膜106)(St12)、纯水清洗(St13)和干燥(St14)的步骤(见图4A)。注意，在图2C中，优选通过用含臭氧的水溶液(通常为臭氧水)处理第一结晶半导体膜104a的表面来形成第二氧化膜106。通过用含臭氧的水溶液或类似物处理第一结晶半导体膜104a表面，可形成具有1至10nm厚度的薄氧化膜。
而且，还可通过用氧化溶液(如过氧化氢溶液)代替含臭氧水溶液进行处理，以类似地形成第二氧化膜106。此外，可通过紫外线照射在氧气气氛下产生臭氧，且以该臭氧氧化第一结晶半导体膜104a的表面，以形成第二氧化膜106。
以这种方式，由于在氢氟酸处理之后且在纯水清洗之前于第一结晶半导体膜104a上形成氧化膜(第二氧化膜106)，因此，第一结晶半导体膜104a覆盖有氧化膜(第二氧化膜106)且不暴露于纯水。因此，可以抑制当半导体膜、空气中的氧和在纯水中的H2O相互反应时产生的反应产物的产生。
然后，用激光(第一激光)照射其表面上形成了第二氧化膜106的第一结晶半导体膜104a，并且形成第二结晶半导体膜104b(见图2D)。在含有氧的气氛下(例如在空气或氧气气氛下)进行用第一激光的照射。通过用第一激光进行照射，与第一结晶半导体膜104a中相比较，结晶率(在半导体膜整个体积中结晶成分的比例)增加了，并且修复了晶粒中残留的缺陷。
优选地，通过使用光学系统将第一激光的束斑整形为矩形。此外，将发射的第一激光的能量密度高于或等于300mJ/cm2并且小于或等于450mJ/cm2，更优选地，高于或等于350mJ/cm2且低于或等于400mJ/cm2。而且，脉冲振荡激光器优选作为用于用第一激光照射的激光器，且例如，可使用重复率为30至300Hz的激光器。注意，也可以使用连续波振荡(CW)激光器。
优选通过扫描其上方形成第一结晶半导体膜104a衬底100或者第一激光，以使第一激光相对于衬底100移动，进行用激光的照射。衬底100或第一激光的扫描速率不特别限定且可调整成，在第一结晶半导体膜104a的任意点处进行10至14次、优选11至12次的辐射发射(shot)。注意，发射到任意点处的第一激光束的发射次数(单位：发射(shot))可由以下公式(1)计算。
[公式1]
Figure S06164488X20070403D000111
此外，激光介质不特别限制，且可以使用利用各种激光介质的激光器，例如：使用从一种或多种类型的气体激光器发射的激光，如氩气激光器、氪激光器、或准分子激光器；使用单晶YAG、YVO4、镁橄榄石(Mg2SiO4)、YAlO3、或GdVO4作为介质的激光器，或掺杂有钕(Nd)、镱(Yb)、铬(Cr)、钛(Ti)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)和钽(Ta)中的一种或多种作为掺杂剂的多晶(陶瓷)YAG、Y2O3、YVO4、YAlO3、GdVO4作为介质的激光器；玻璃激光器；红宝石激光；变石激光器；Ti：蓝宝石激光器；铜蒸汽激光器以及金蒸汽激光器。通过用这种激光束的基波照射或这些基波的二次谐波至四次谐波照射，可获得大晶粒晶体。例如可使用Nd：YVO4激光器的基波(1064nm)、二次谐波(532nm)或三次谐波(355nm)。对于该激光器，可进行连续波振荡或脉冲振荡。在连续波振荡时，该激光器需要的功率密度大约为0.01至100MW/cm2(优选，0.1至10MW/cm2)。接着，以约10至2000cm/sec的扫描速率进行照射。
另外，下述激光器可进行连续波振荡：使用单晶YAG、YVO4、镁橄榄石(Mg2SiO4)、YAlO3、或GdVO4作为介质的激光器；或使用掺杂有Nd、Yb、Cr、Ti、Ho、Er、Tm和Ta中的一种或多种作为掺杂剂的多晶(陶瓷)YAG、Y2O3、YVO4、YAlO3或GdVO4作为介质的激光器；Ar离子激光器或Ti：蓝宝石激光器。另外，通过执行Q开关操作、模式锁定等，以高于或等于10MHz的重复速率的脉冲振荡是可能的。当以高于或等于10MHz的重复速率执行激光束的脉冲振荡时，在用激光熔化半导体膜(第一结晶半导体膜104a)之后，且在固化其之前，用下一个脉冲照射半导体膜(第一晶体半导体膜104a)。因此，不同于使用低重复速率的脉冲激光的情况，在半导体膜(第一结晶半导体膜104a)中可连续地移动固液界面，并获得朝扫描方向连续生长的晶粒。
陶瓷(多晶)作为介质的使用，允许在短时间内以低成本将介质形成为任何形状。尽管，直径几个mm且长度几十mm的柱状介质通常用于使用单晶的情况，但是可以在使用陶瓷的情况中形成更大的介质。
因为，在单晶和多晶中都不能显著地改变在介质中的例如Nd或Yb的掺杂剂(直接对激光器的光发射有贡献)的浓度，通过增加掺杂剂的浓度来改进激光器数据具有某一极限水平。然而，在陶瓷的情况下，因为与单晶的情况相比可以显著地增加介质的尺寸，可以实现输出的巨大改进。
另外，在使用陶瓷的情况下，可以容易地形成具有平行六面体形状或长方体形状的介质。当使用具有这种形状的介质时，介质中的振荡光为锯齿形行进，振荡光的路径较长。因此，放大增加，具有高输出的振荡是可能的。因为，当发射时，从具有这种形状的介质中发射出的激光束具有四边形形状，与圆形激光束的情况相比，线形激光束容易成形。通过使用光学系统整形以这种方式发射的激光束，因此，可以容易地获得具有1mm或更短的短边、以及几mm到几m的长边的线形激光束。另外，通过用受激光均匀照射介质，线形激光束的能量分布在长边方向变得均匀。
通过使用这种线形激光束，可以更均匀地照射半导体膜的整个表面(第一晶体半导体膜104a到第二氧化膜106)。在从线形激光束的一端到另一端需要均匀照射的情况下，可提供狭缝用于这两端，以遮蔽能量衰减的部分。
在此，将利用第一激光照射获得的半导体膜用于制造n沟道晶体管和p沟道晶体管，且测量晶体管的阈值电压。图5A和图5B显示了结果。注意，图5A显示了n沟道晶体管的阈值电压的测量结果，图5B显示了p沟道晶体管的阈值电压的测量结果。
n沟道晶体管和p沟道晶体管具有双栅结构，具有两个沟道形成区和两个栅电极，这两个栅电极分别对应于两个沟道形成区设置且彼此电连接，以使同时施加相同的电压。在图5A的n沟道晶体管的两个沟道形成区中的每个中，沟道长度L设定为6μm且沟道宽度设定为3μm。同时，在图5B的p沟道晶体管的两个沟道形成区中的每个中，沟道长度L设定为6μm且沟道宽度设定为10μm。
对于其上制造了多个n沟道晶体管的一个衬底，在5个点测量晶体管的阈值电压，且图5A显示了晶体管的阈值电压，对于三个衬底，在总共15个点测量，使用黑菱形绘出它们。当设置漏电压(VD)为12V时，图5A的垂直轴表示晶体管的阈值电压(Vth)。另外，图5A的水平轴表示从去除第一氧化膜(图1中的St4)到第一激光照射(图1中的St6)的时间。根据图5A，应该理解，在去除第一氧化膜之后且在第一激光照射之前，当经过两小时或更长时间时，晶体管的阈值电压显著地变化。
对于其上制造了多个p沟道晶体管的一个衬底，在5个点测量晶体管的阈值电压，且图5B显示了晶体管的阈值电压，对于三个衬底，在总共15个点测量，使用菱形轮廓绘出它们。图5B的垂直轴和水平轴与图5A的相同。根据图5B，应该理解，在去除第一氧化膜之后且在第一激光照射之前，当经过两小时或更长时间时，晶体管的阈值电压显著地变化。
如上所述，关心的是，在去除第一氧化膜105之后且在第一激光照射之前，当经过两小时或更长时间时，晶体管的阈值电压显著地变化。因此，优选，在去除第一氧化膜105的两小时之内进行第一激光照射，更具体地，从去除第一氧化膜105之后即刻到第一激光照射之前即刻的时间间隔为两小时或更短。具体地，优选从用氢氟酸基溶液去除第一氧化膜105之后即刻到用第一激光最初照射第一晶体半导体膜104a的任意点之前即刻的时间间隔为两小时或更短。
另外，通过第一激光照射形成的第二晶体半导体膜104b的表面，变得不平坦。据估计，这是因为，通过激光照射，金属元素附着，且形成了半导体和金属的合金的部分变成凹形。
另外，在第一激光照射中，大气中的氧通过第二氧化膜106传送，以与第一晶体半导体膜104a反应。识别在此形成的新氧化膜与第二氧化膜106之间的清楚的边界是困难的；因此，新氧化膜和第二氧化膜106共同称作第三氧化膜107(见图2D)。
随后，在第三氧化膜107之上，形成包含诸如硅或硅锗的半导体、和稀有气体元素的非晶半导体膜108(见图3A)。非晶半导体膜108包含一种或多种稀有气体元素，诸如氦(He)、氖(Ne)、氩(Ar)、氪(Kr)和氙(Xe)。另外，优选非晶半导体膜108的厚度为20到40nm。当非晶半导体膜108包含稀有气体元素时，在半导体膜108中会形成悬挂键或晶格畸变，对于非晶半导体膜108可进行吸气。应该注意，为了在非晶半导体膜108中形成晶格畸变，使用具有比硅大的原子半径的元素是有效的，例如氩(Ar)、氪(Kr)或氙(Xe)。另外，可以使用包含具有一种导电类型的杂质元素(例如磷(P)或硼(B))而不是稀有气体元素的半导体膜。
接着，进行热处理，且包含在第二晶体半导体膜104b中的金属元素移到包含稀有气体元素的非晶半导体膜108(吸气)(见图3B)。通过这种吸气处理，金属元素从第二晶体半导体膜104b沿着在包含稀有气体元素的非晶半导体膜108的方向(图3B中示出的箭头的方向)穿过第三氧化膜107移动，这样，减少或去除了在第二晶体半导体膜104b中包含的金属元素(在吸气之后第二晶体半导体膜104b称作第三晶体半导体膜104c)。在第二晶体半导体膜104b中包含的金属元素的移动距离可以至少为接近等于第二晶体半导体膜104b的厚度的距离。应该注意，随着促进了晶体化的金属元素被吸气到包含稀有气体元素的非晶半导体膜108，非晶半导体膜108变成包含晶体成分的半导体膜，但是为了方便的目的，在本实施方式中，在吸气之后，也称其为非晶半导体膜108。
作为用于吸气的热处理，与结晶的情况类似，可以执行使用RTA方法、加热炉等的热处理。在使用RTA方法的情况下，热处理温度可以为600到800℃，且热处理时间为3到9分钟。在使用炉进行热处理的情况下，热处理温度可以为500到600℃，且热处理时间可以为3到6小时。
注意，吸气效率依赖于处理温度，并且当温度较高时吸气在较短的时间内进行。另外，通过吸气中的热处理条件，增强第二晶体半导体膜104b的结晶度，且可以修复晶粒留下中的缺陷，即，与吸气同时地改进结晶性。
对于在吸气处理之后的晶体半导体膜，图6示出了晶体半导体膜表面处残留的镍浓度的统计概率分布。在图6中，从第一激光照射(对应于图1中的St6)到形成包含稀有气体元素的半导体膜(对应于图1中的St7)的时间设置为1.7天，且测量在晶体半导体膜(对应于在图1的St10中获得的晶体半导体膜)表面残留的镍浓度，并使用黑三角绘出。换句话说，测量晶体半导体表面的残留镍浓度，这通过在吸气处理之后去除包含的稀有气体元素的半导体膜和进一步去除在该晶体半导体膜之上形成的氧化膜获得。类似地，设置图1中从St6到St7的时间为3.3天，且测量在St10中获得的晶体半导体膜的残留镍浓度，且使用黑方块绘出。另外，设置图1中从St6到St7的时间为4.1天，且测量在St10中获得的晶体半导体膜的残留镍浓度，且使用黑圆绘出。注意，在图6中，在每个条件下对于每个晶体半导体膜，绘制了在总共234个点测量的残留镍浓度，每个衬底13个点，且衬底的数量为18。在图6中，垂直轴表示百分比，50％的值对应于残留镍浓度的中间值。水平轴表示残留镍的浓度(原子/cm2)。另外，在图6中，通过点线示出了残留镍浓度为1x1012原子/cm2的标度。在镍的残留浓度为1x1012原子/cm2或更小是可接受的值的情况下，在从St6到St7的时间设定为3.3天的条件下，和在从St6到St7的时间设定为4.1天的条件下，缺陷产生率为约5％，而在从St6到St7的时间设定为1.7天的条件下，缺陷产生率为约1％。从这些结果，应该理解，随着从St6到St7的时间变长，吸气—缺陷产生率增加。
如上所述，当第一激光照射与形成包含稀有气体元素的非晶半导体膜108之间的时间间隔为1.7天或更长时，例如有机物质的杂质附着于晶体半导体膜表面；这样，关心的是吸气效率降低，且引起晶体半导体膜中包含的金属元素的吸气缺陷。因此，优选从第一激光照射之后即刻到形成包含稀有气体元素的非晶半导体膜108之前即刻的时间间隔为两天或更少。具体地，优选从用第一激光最后照射第一晶体半导体膜104a之后即刻到形成包含稀有气体元素的非晶半导体膜108的形成之前的即刻的时间间隔为两天或更少。
在吸气之后，去除包含稀有气体元素的非晶半导体膜108和第三氧化膜107(见图3)。首先，通过使用第三氧化膜107作为蚀刻停止层，选择性地蚀刻和去除包含稀有气体元素的非晶半导体膜108。作为包含稀有气体元素的非晶半导体膜108的蚀刻方法，可使用例如氢氧化四甲基胺(TMAH)或胆碱的碱溶液的湿蚀刻。注意，在包含稀有气体元素的非晶半导体膜108之上形成例如自然氧化膜的氧化膜的情况下，优选在预先用氢氟酸基溶液去除上述氧化膜之后，蚀刻包含稀有气体元素的非晶半导体膜108。在去除包含稀有气体元素的非晶半导体膜108之后，通过使用氢氟酸基溶液蚀刻去除第三氧化膜107。
接着，用第二激光照射第三晶体半导体膜104c，并形成第四晶体半导体膜104d(见图3D)。在氮气环境下或真空中进行用第二激光的照射。另外，可用第二激光照射第三晶体半导体膜104c同时喷射氮气。通过用第二激光照射第三晶体半导体膜104c，能形成针孔减少的第四晶体半导体膜104d。例如，当在第三晶体半导体膜104c中有针孔时，通过用激光照射第三晶体半导体膜104c，可以填充针孔。
优选，通过使用光学系统，将第二激光的束斑整形为矩形，类似于第一激光。另外，发射的第二激光的能量密度可以高于或等于285mJ/cm2并且小于或等于475mJ/cm2，更优选高于或等于340mJ/cm2并且小于或等于400mJ/cm2。而且，脉冲振荡激光优选作为用于用第二激光照射的激光，且例如，可使用具有30至300Hz重复率的激光。注意，也可以使用连续波振荡(CW)激光。另外，不具体地限制激光介质等，且可使用与第一激光中相同的条件。
优选通过扫描其上形成第三结晶半导体膜104c的衬底100或者第二激光，以使第二激光相对于衬底100移动，进行用第二激光的照射。不特别限定衬底100或第二激光的扫描速率，且可对其进行调整，以在第三结晶半导体膜104c的任意点处进行5至14次、更优选5至6次辐射发射。更优选地，设置第二激光的发射数目约为第一激光的发射数目的一半。通过减小发射数目，可缩短处理时间。注意，发射到任意点处的第二激光的发射次数(单位：发射)可由公式(1)计算。
注意，关心的是，去除第三氧化膜107与第二激光照射之间的时间间隔为两小时或更长时，晶体管的阈值电压变化。因此，优选，从去除第三氧化膜107之后即刻到第二激光照射之前即刻的时间间隔为两小时或更短。具体地，优选从用氢氟酸基溶液去除第三氧化膜107之后即刻到用第二激光最初照射第三晶体半导体膜104c的任意点之前即刻的时间间隔为两小时或更短。
通过上述处理，获得其中针孔减少的平坦化的第四晶体半导体膜104d。当通过使用如上所述的其中针孔减少的晶体半导体膜形成晶体管时，后来形成的栅绝缘膜的覆盖变得有利，且减薄也是可能的。因此，可以制造具有改进的工作特性和可靠性的半导体器件。
(实施方式2)
以下，参考图7A至7C、8A至8C、9A和9B、10A和10B和11A和11B、12A和12B、13A和13B、14、和15A至15C具体描述根据本发明的半导体器件的制造方法和使用该半导体器件的发光显示装置。
首先，在具有绝缘表面的衬底300上堆叠基底绝缘膜301a和301b(见图7A)。作为衬底300，可以使用透光衬底。在该实施方式中，使用玻璃衬底。当将稍后将形成的晶体管用于发光显示装置并使用与衬底300侧相对的表面作为显示表面来提取光辐射时，可以使用陶瓷衬底、半导体衬底、金属衬底(钽、钨、钼等)、通过在不锈钢衬底表面上形成绝缘膜获得的衬底等。
优选形成基底绝缘膜301a，以阻止杂质从衬底300扩散，例如，可使用氮化硅、含有氧的氮化硅等形成的膜。由于在该实施方式中，以叠层结构形成基底绝缘膜301a和301b，优选使用这样的膜形成基底绝缘膜301b，其使得在基底绝缘膜301b和后来将形成的半导体膜之间产生的应力差小。例如，可使用氧化硅、含有氧的氮化硅等形成的膜作为基底绝缘膜301a，且基底绝缘膜301b为使用氧化硅、含有少量氮的氧化硅等形成的膜。不特别限制形成基底绝缘膜301a和301b的方法，可使用等离子体CVD方法、低压CVD方法、溅射方法、PVD方法等。在该实施模式中，使用包含氧的氮化硅膜形成基底绝缘膜301a，其具有120到160nm的厚度，且使用包含少量氮的氧化硅膜形成基底绝缘膜301b，其具有90到110nm的厚度。注意基底绝缘膜可以为单层、或具有两层或更多的多层。不特别地需要形成基底绝缘膜，除非衬底上的不平坦或者自衬底的杂质扩散成为问题。
然后，在基底绝缘膜301b(见图7A)上形成晶体半导体膜302。注意，直到第二激光照射以形成晶体半导体膜302的步骤与实施方式1中的步骤相同；因此此后给出简化的描述。
首先，在基底绝缘膜301b上形成含有例如硅或硅锗的半导体的非晶半导体膜。在该实施方式中，形成具有厚度40到60nm的硅。注意，通过使用与基底绝缘膜301a和301b相同的膜形成装置，在形成基底绝缘膜301a和301b之后连续形成该非晶半导体膜，即，在基底绝缘膜301a和301b形成之后，不将衬底暴露于空气环境，连续地形成非晶半导体膜。因此，可阻止在大气中包含的杂质附着于非晶半导体膜。
接着，在非晶半导体膜的表面上形成10到30nm厚的薄氧化膜之后，通过用包含促进结晶的金属元素的溶液处理该氧化膜的表面，将金属元素附着于该氧化膜。可选地，通过使用溅射方法等在氧化膜的表面上形成包含促进结晶的金属元素的膜。注意，作为包含促进结晶的金属元素的溶液，可以使用，例如，诸如镍醋酸盐溶液的金属盐溶液。不特别限制在非晶半导体膜的表面上形成氧化膜的方法，可以通过用含臭氧的水或者氧化溶液(如过氧化氢溶液)处理非晶半导体膜表面来形成氧化膜，或者使用通过在氧气气氛中由紫外线照射产生臭氧的方法形成该氧化膜，等等。
然后，通过使用RTA方法的热处理结晶该非晶半导体膜，且形成包含非晶成分和晶体成分的第一半导体膜。在使用RTA方法进行热处理的情况下，可以600至800℃的温度进行热处理，持续3至9分钟。另外，可使用加热炉等进行热处理，在该情况下，优选以500至600℃的温度进行热处理，持续3至6小时。注意，在很多氢气包含在非晶半导体膜中的情况下，通过350至500℃的温度下的热处理从非晶半导体膜释放氢气，以使其具有1×1020原子/cm3或更低的氢浓度，并且之后进行用于结晶的热处理。
随后，使用氢氟酸基溶液去除在用于结晶的热处理中在第一半导体膜之上形成的氧化膜(第一氧化膜)，并通过用含臭氧的水溶液处理第一结晶半导体膜的表面，来形成厚1到10nm的新氧化膜(第二氧化膜)。注意，在纯水清洗之前且在通过用氢氟酸基溶液蚀刻去除第一氧化膜之后，于第一结晶半导体膜上形成了第二氧化膜。在该方式中，由于，第一结晶半导体膜覆盖有第二氧化膜106，在用纯水清洗之前，第一氧化膜不暴露于纯水。因此，可以抑制产生水印。
在空气气氛下用第一激光照射包含非晶成分和晶体成分的第一半导体膜，并且形成结晶率增加了的第二半导体膜。优选地，通过使用光学系统将第一激光的束斑整形为矩形。
通过扫描其上形成第一结晶半导体膜的衬底300或者第一激光，以使第一激光相对于衬底300移动，进行用第一激光的照射。另外，优选脉冲振荡激光作为第一激光，例如，可以使用重复率为30到300Hz的激光。另外，发射的第一激光的能量密度可以高于或等于300mJ/cm2并且小于或等于450mJ/cm2。在本实施方式中，用激光进行照射的能量密度为，高于或等于350mJ/cm2并且小于或等于400mJ/cm2。
衬底300或第一激光的扫描速率不特别限定，且可对其进行调整，以在第一半导体膜的任意点处进行10至14次的辐射发射。在本实施方式中，调整衬底300或第一激光的扫描速率，以在第一半导体膜的任意点处进行11至12次的辐射发射。注意，发射到任意点处的第一激光的发射次数(单位：发射)可由公式(1)计算。
注意，关心的是，在去除第一氧化膜和第一激光照射之前的时间间隔为两小时或更长时，晶体管的阈值电压变化。因此，优选，从去除第一氧化膜之后即刻到第一激光照射之前即刻的时间间隔为两小时或更短。具体地，优选从用氢氟酸基溶液去除第一氧化膜之后即刻、经过新氧化膜(第二氧化膜)的形成、到用第一激光最初照射第一晶体半导体膜的任意点之前即刻的时间间隔为两小时或更短。
另外，在第一激光照射中，大气中的氧与第一晶体半导体膜反应，且形成氧化膜。识别在此形成的新氧化膜与第二氧化膜之间的清楚的边界是困难的；因此，新氧化膜和第二氧化膜共同称作第三氧化膜。
此外，激光介质不特别限制，且可使用具有与实施方式1中相同的激光介质的激光器，如准分子激光器、氩气激光器、氪激光器、YAG激光器、YVO4激光器、YAlO3激光器、或Y2O3激光器等。
随后，在第三氧化膜之上，形成包含诸如硅或硅锗的半导体和稀有气体元素(例如Ar)的非晶半导体膜。此后，通过使用RTA方法进行热处理(吸气)。第三氧化膜提供在第二晶体半导体膜和该包含稀有气体元素的非晶半导体膜之间。通过等离子体CVD方法、低压CVD方法、溅射方法、PVD方法等形成包含稀有气体元素的非晶半导体膜，其具有20到40nm的厚度。在使用RTA方法进行热处理的情况下，以600到800℃的温度进行热处理，持续3到9分钟。另外，也可进行使用加热炉等的热处理，在该情况下，以500到600℃的温度进行热处理，持续3到6小时。通过热处理，将在第二半导体膜中包含的促进结晶的金属元素，吸气到包含稀有气体元素的非晶半导体膜。注意，在吸气之后的第二半导体膜称为第三半导体膜。随着促进结晶的金属元素被吸气到包含稀有气体元素的非晶半导体膜，含稀有气体元素的非晶半导体膜变成包含晶体成分的半导体膜，但是为了方便的目的，此处称为含稀有气体元素的非晶半导体膜。
注意，当第一激光照射与形成包含稀有气体元素的非晶半导体膜之间的时间间隔为2天或更长时，关心的是，引起第二半导体膜中的金属元素不容易去除的吸气缺陷等。因此，优选从第一激光照射之后即刻到形成包含稀有气体元素的非晶半导体膜之前即刻的时间间隔为两天或更少。具体地，优选从用第一激光最后照射第一晶体半导体膜之后即刻到形成包含稀有气体元素的非晶半导体膜之前即刻的时间间隔为两天或更少。
在吸气之后，通过使用例如TMAH的碱性容液去除包含稀有气体元素的非晶半导体膜。作为包含稀有气体元素的非晶半导体膜的蚀刻方法，可使用利用诸如胆碱的碱性溶液的湿蚀刻。第三氧化膜作为蚀刻停止层，以防止在蚀刻包含稀有气体元素的非晶半导体膜时蚀刻第三半导体膜。注意，在包含稀有气体元素的非晶半导体膜表面上形成的例如自然氧化膜的氧化膜的情况下，优选在预先用氢氟酸基溶液等去除上述氧化膜之后，蚀刻包含稀有气体元素的非晶半导体膜。在去除包含稀有气体元素的非晶半导体膜之后，通过氢氟酸基溶液去除第三氧化膜。
接着，用第二激光照射第三半导体膜同时喷射氮气以再次结晶，并形成为第四半导体膜的晶体导体膜302(见图7A)。优选，通过使用光学系统，将第二激光的束斑整形为矩形。通过扫描其上形成第三半导体膜的衬底300或者第二激光，以使第二激光相对于衬底300移动，进行用第二激光的照射。优选脉冲振荡激光作为第二激光，例如，可以使用重复率为30到300Hz的激光。另外，以高于或等于275mJ/cm2并且小于或等于475mJ/cm2的能量密度进行用第二激光的照射。在本实施方式中，用激光进行照射的能量密度为，高于或等于340mJ/cm2并且小于或等于400mJ/cm2。
衬底300或第二激光的扫描速率不特别限定且可对其进行调整，以在第三半导体膜的任意点处进行5至14次的辐射发射。在本实施方式中，调整衬底300或第二激光的扫描速率，以在第三半导体膜的任意点处进行5至6次的辐射发射。更优选地，设置第二激光的发射数目约为第一激光的发射数目的一半。通过减小第二激光的发射数目，可缩短处理时间。发射到任意点处的第二激光的发射次数(单位：发射)可由公式(1)计算。
应该注意，关心的是，在去除第三氧化膜与第二激光照射之间的时间间隔为两小时或更长时，晶体管的阈值电压变化。因此，优选，从去除第三氧化膜之后即刻到第二激光照射之前即刻的时间间隔为两小时或更短。具体地，优选从用氢氟酸基溶液去除第三氧化膜之后即刻到用第二激光最初照射第三晶体半导体膜的任意点之前即刻的时间间隔为两小时或更短。
通过上述处理，可获得其中针孔减少的晶体半导体膜302。当通过使用如上所述的针孔减少的晶体半导体膜形成晶体管时，后来形成的栅绝缘膜的覆盖变得有利，且减薄栅绝缘膜也是可能的。
接着，将晶体半导体膜302处理成预定的形状，获得岛形的半导体膜306a、306b和306c(见图7B)。不特别地限定晶体半导体膜302的处理方法，例如，可以使用通过如下方法，即，在晶体半导体膜302上形成抗蚀剂掩模之后，通过蚀刻去除不需要的部分。也不特别地限定形成抗蚀剂掩模的方法，且除了光刻方法之外，可以使用这样的方法，即，像在喷墨方法中一样，通过绘制同时控制释放小滴的时间和位置，形成带有期望图形的掩模。另外，蚀刻方法不特别地限制，可以使用干蚀刻方法或湿蚀刻方法。
注意，半导体膜306a至306c可用杂质来掺杂以控制晶体管的阈值电压。添加的杂质不特别地限制，可以使用如磷或砷的给予n型导电性的杂质，或如硼的给予p型导电性的杂质。另外不特别地限制添加杂质以控制阈值电压的时间安排，可以在形成半导体膜302之后且在形成岛状半导体膜306a至306c之前，或在形成岛形半导体膜306a至306c之后且在随后的步骤中形成栅绝缘膜307之前，添加杂质。另外，在此步骤中，杂质可全部添加到岛形半导体膜306a至306c，或通过使用抗蚀剂等覆盖岛形半导体膜的部分，部分地添加。
接着，形成栅绝缘膜307，以覆盖岛形半导体膜306a至306c(见图7)。不特别地限制形成栅绝缘膜307的方法，可以通过等离子体CVD方法、低压CVD方法、溅射方法、PVD方法等形成栅绝缘膜307。可选地，形成的绝缘膜通过等离子体处理氧化或氮化，以形成栅绝缘膜307。此外，可通过等离子体处理氧化或氮化岛状半导体膜306a至306c的表面，以形成栅绝缘膜307。可使用氧化硅、氮化硅、含有氮的氧化硅、含有氧的氮化硅等形成栅绝缘膜307，其具有1到200nm的厚度。另外，栅绝缘膜307可为单层或具有叠层结构，该叠层结构包括使用不同物质形成的层。
接着在栅绝缘膜307之上形成栅电极311a、311b、311c和311d、和电容器电极311e。不特别地限制栅电极的结构和形成栅电极的方法。在本实施方式中，此后将描述通过堆叠第一导电层308和第二导电层309来形成栅电极311a至311d、电容器电极311e的方法。
首先，在栅绝缘膜307之上形成第一导电层308，在第一导电层308之上形成第二导电层309(见图7C)。优选，使用不同的物质分别形成第一导电层308和第二导电层309。优选，使用与栅绝缘膜307的粘接性高的导电物质形成第一导电层308，例如优选使用氮化钛(TiN)、氮化钽(TaN)、钛(Ti)、钽(Ta)等。另外，优选第一导电层308形成为具有25到35nm的厚度。
优选，使用电阻率低的导电物质形成第二导电层309，例如优选使用钨(W)、钼(Mo)、铝(Al)、铜(Cu)、包含这些金属作为主要成分的合金，包含这些金属的化合物等。作为合金，可给出铝和硅合金、铝和钕合金等。作为金属化合物，可给出氮化钨等。另外，优选第二导电层309的厚度范围为330nm到410nm。不具体地限定形成第一导电层308和第二导电层309的方法，可以使用溅射方法、蒸镀方法等。在本实施方式中，使用氮化钽作为第一导电层308，且使用钨作为第二导电层309(见图7C)。
随后，在第二导电层309之上形成掩模335a、335b、335c、335d和335e。接着，蚀刻第一导电层308和第二导电层309，且形成第一导电层308a、308b、308c、308d、308e，和第二导电层309a、309b、309c、309d和309e，以使每个导电层的侧壁相对于每个导电层的水平面倾斜(见图8A)。
接着用提供的掩模335a到335e，选择性蚀刻第二导电层309a到309e，形成第三导电层310a、310b、310c、310e和310d。此时，优选在具有高各向异性的条件下进行蚀刻，以使每个第三导电层310a到310e的侧壁相对于每个导电层的水平面垂直。因此，去除了第二导电层309a到309e的侧壁上的倾斜部分。在该方式中，在第一导电层308a到308e之上分别形成第三导电层310a到310e，第三导电层310a到310e每个的宽度比第一导电层308a到308e每个的宽度更小，这样，可形成栅电极311a到311d和电容器电极311e，其分别通过第一导电层308a到308e与第三导电层310a到310e的结合形成(见图8B)。
注意，掩模335a到335e中每个可为通过形成为预定形状并进一步通过灰化缩窄获得的掩模。通过使用这种掩模，可形成具有更微小形状的电极，结果，可获得具有更短沟道长度的晶体管。当制造具有更短沟道长度的晶体管时，可获得更高速工作的电路。
注意，当如上所述缩短晶体管的沟道长度时，由于短沟道效应，阈值电压降低，晶体管的电特性受到不良的影响。当减薄栅绝缘膜时，可以有效地抑制短沟道效应。然而，另一方面，当减薄栅绝缘膜时，会引起如栅绝缘膜的漏电或低耐压问题。另外，也认为，接触的晶体半导体膜的不平坦等问题影响栅绝缘膜的特性。因此，必须减少晶体半导体膜中的针孔，且使晶体半导体膜更平坦化，根据本发明的制造针孔减少的晶体半导体膜的方法是非常有效的。
随后，通过使用栅电极311a到311d和电容器电极311e作为掩模，添加给予n型导电性的杂质元素以提供第一n型杂质区312a、312b和312c。不特别地限制给予n型导电性的杂质元素，可以使用如磷或砷等(见图8C)。
在去除掩模335a到335e之后，形成覆盖半导体膜306a的掩模336a和覆盖半导体膜306c的掩模336b。通过使用掩模336a和336b和第三导电层310b作为掩模，将给予n型导电性的杂质元素进一步添加到半导体膜306b中；因此，提供第二n型杂质区(低浓度杂质区)313a，每个杂质区313a位于与第一导电层308b交叠的区域内，并提供了第三n型杂质区314a，每个杂质区314a位于既不与第一导电层308b交叠也不与第三导电层310b交叠的区域内。这样形成的第三n型杂质区314a用作晶体管的源和漏区。另外，通过提供这样的第二n型杂质区313a：其通过栅绝缘膜307与栅电极311b交叠；提供在用作源或漏区的第三n型杂质区314a和沟道形成区315a之间；具有与第三n型杂质区314a相同的导电类型；并且具有比第三n型杂质区314a浓度更低的浓度，可获得对热载流子恶化具有极好耐受性的n沟道晶体管352。注意，在第二n型杂质区313a之间插入的区域用作沟道形成区315a(见图9A)。
如图15A到15C所示，当第一n型杂质区312d(图15A)中没有与栅电极交叠的区域部分地用掩模覆盖(图15B)时，第二n型杂质区(低浓度杂质区)313b(其具有与第三n型杂质区314b相同导电类型且具有比第三n型杂质区314b的浓度更低的浓度)，提供在用作源或漏的第三n型杂质区314b和沟道形成区315b之间、在高浓度杂质区314c和沟道形成区315b之间、在高浓度杂质区314c和沟道形成区315c之间、以及在第三n型杂质区314b和沟道形成区315c之间。因此，获得漏电流可减小的n沟道晶体管355(图15C)。注意，高浓度杂质区314c具有与n型杂质区314b相同的导电类型和相同的浓度。另外，在晶体管355中，栅电极311f和311g彼此电连接，以使同时施加相同的电压。晶体管355是具有两个沟道形成区315b和315c的双栅晶体管。
在去除掩模336a和336b之后，形成覆盖半导体膜306b的掩模337。通过使用掩模337和第三导电层310a和310c到310e作为掩模，将给予p型导电性的杂质元素添加到半导体膜306a和306c；因此，在分别与第一导电层308a、308c到308e交叠的区域内提供第一p型杂质区(低浓度杂质区)316a和316b，并且在不与第一导电层308a、308c到308e交叠的区域内提供第二p型杂质区317a和317b和高浓度杂质区317c。这样形成的第二p型杂质区317a和317b，分别用作晶体管的源或漏，或具有连接晶体管与电容器的功能。注意，高浓度杂质区317c具有与第二p型杂质区317a和317b相同的导电类型和相同的浓度。以这种方式获得p沟道晶体管351和353、和电容器345。注意在晶体管351的第一p型杂质区316a之间插入的区域用作沟道形成区318a。另外在晶体管353中，栅电极311c和311d彼此电连接以使在其上同时施加相同的电压。晶体管353是具有两个沟道形成区318b和318c的双栅晶体管。另外，当在本步骤中添加给予p型导电性的杂质元素时，以比预先形成的第一n型杂质区312a和312c中包含的杂质元素的浓度高的浓度，添加给予p型导电性的杂质元素；因此，n型导电性消失(见图9B)。
接着，去除掩模337。如上所述，可制造这样的半导体装置，其包括用在象素部分361中的晶体管353和电容器354，和用在驱动电路部分362中的晶体管351和352(见图10A)。除了象素部分361和驱动部分362外，该半导体装置还具有端子部分363，其用于通过随后的步骤从外部输入信号。注意，不特别地限制晶体管的结构。例如，可以采用具有在两个栅电极之间插入半导体膜的结构的双栅晶体管，和单漏晶体管等，在所述单漏晶体管等中用作源或漏的杂质区和沟道形成区彼此相邻(在二者之间不提供比用作源或漏的杂质区的浓度更低浓度的区域)。
接着，依次形成第一层间绝缘膜319a、319b和319c，以覆盖晶体管(见图10B)。使用例如氧化硅或氮化硅的绝缘物质形成第一层间绝缘膜319a到319c。这里，氧化硅和氮化硅中每个可包含氮或氧。另外，除了如氧化硅或氮化硅的无机绝缘物质之外，可以使用一种或多种有机绝缘物质，如丙烯酸树脂或聚酰亚胺和硅氧烷(一种化合物，包含由-Si-O-Si-代表的硅氧键和具有如氢或烷基团的有机基团作为取代基)。
不特别地限制形成第一层间绝缘膜319a到319c的方法，可以使用等离子体CVD方法、低压CVD方法、溅射方法、PVD方法等。另外，在本实施方式中，采用多层膜，其中三层，即第一层间绝缘膜319a、319b和319c堆叠。然而，不特别地限制堆叠的第一层间绝缘膜的数目，可以采用单层或包括两层或更多层的多层结构。
优选，至少层间绝缘膜319a、319b和319c中的一个是包含氢的绝缘膜。作为包含氢的层间绝缘膜，例如，可以给出使用氮化硅形成的绝缘膜，其通过使用SiH4气体、NH3气体、N2O气体和H2气体作为原材料气体通过等离子体CVD方法形成。这样形成的氮化硅包含氧和氢。当至少层间绝缘膜319a、319b和319c中的一个为包含氢的绝缘膜时，可进行氢化作用以通过利用该绝缘膜中包含的氢终止在岛形的半导体膜306a到306c中包含的悬挂键。因此，例如，不必在填充氢气的炉的环境中进行氢化作用，且可容易地进行氢化作用。
另外，当使用包含氢的氮化硅作为第一层间绝缘膜时，优选在使用含氢的氮化硅形成的膜和晶体管之间，提供使用氧化硅或包含氮的氧化硅形成的膜。在第一实施方式中，当第一当间绝缘膜包括三层，319a、319b和319c时，可使用氧化硅或含氮的氧化硅形成第一绝缘膜319a，可使用含氢(可另外包含氧)的氮化硅形成第一层间绝缘膜319b，且可使用氧化硅或含氮的氧化硅形成第一层间绝缘膜319c。
另外，当有机绝缘物质(如丙烯酸或聚酰亚胺或硅氧烷)用于第一层间绝缘膜时，优选使用如氧化硅或氮化硅的无机绝缘物质形成的膜提供在使用有机绝缘物质或硅烷形成的膜与晶体管之间，或提供在使用有机绝缘物质或硅烷形成的膜之上。当使用有机绝缘物质或硅烷形成第一层间绝缘膜时，改进了平坦性，但是吸收了水或氧。为了防止这一点，优选使用具有无机绝缘物质形成的膜的叠层结构。
例如，在通过第一层间绝缘膜319a到319c向外提取发光元件的光发射的情况下，可使用第一层间绝缘膜319a到319调整光通过的光路的长度(见图10B)。
注意，在形成第一层间绝缘膜319a、319b和319中任一个之前或之后，优选进行用于激活给予n型或p型导电性的杂质元素的处理，该杂质元素是先前添加的。不特别地限制激活的处理，可通过使用炉、RTA、激光照射等进行。
随后，在第一层间绝缘膜319a到319中形成达到半导体膜306a到306c的开口。另外，在形成覆盖开口和第一层间绝缘膜319c的导电层之后，将导电层处理成预定的形状。这样，分别在象素部分361中形成布线320f和320g，在驱动部分362中形成布线320b、320c和320e，在端子部分363中形成布线320a(见图11A)。不特别地限定用于形成开口的方法，可以通过在第一层间绝缘膜319c上提供抗蚀剂等形成的掩模，然后蚀刻第一层间绝缘膜319a到319来形成开口。这里，不特别地限定蚀刻的方法，可以使用干蚀刻方法或湿蚀刻方法。另外，导电层可为单层或多层，且优选使用具有高导电性的金属(如铝或铜，或铝和钕的合金等)形成至少一层。另外，铝可包含硅等。在多层的情况下，优选提供使用如氮化钛或氮化钽的金属氮化物形成的层，插入包含具有高导电性的金属的层。导电层的厚度可为500nm到2μm，更优选地，800nm到1μm。注意，布线320a到320g包括用作连接部分的导电层，所述连接部分用于电连接不同层中的布线或电极。
接着，形成第二层间绝缘膜321，以覆盖布线320a到320g(见图11B)。可使用例如氧化硅或氮化硅的无机绝缘物质形成第二层间绝缘膜321。这里氧化硅和氮化硅中每个可包含氮或氧。另外，除了如氧化硅或氮化硅的无机绝缘物质，可以使用一种或多种有机绝缘物质的化合物，如丙烯酸或聚酰亚胺硅氧烷。另外，不特别地限制形成第二层间绝缘膜321的方法，可以使用等离子体CVD方法、低压CVD方法、溅射方法、PVD方法等。另外，在本实施方式中，第二层间绝缘膜321是单层，但是不限制为单层，可采用包括两层或更多层的多层。在使用如丙烯酸或聚酰亚胺或硅氧烷等的有机绝缘物质作为第二层间绝缘膜321的情况下，优选用具有如氧化硅膜或氮化硅膜的无机绝缘膜的叠层结构。
接着，形成通过第二层间绝缘膜321到达布线320f的开口，蚀刻第二层间绝缘膜321以暴露布线320a(见图12A)。在第二层间绝缘膜321上提供由抗蚀剂等形成的掩模之后，可以使用干蚀刻方法或湿蚀刻方法等进行蚀刻。
接着，在第二层间绝缘膜321之上形成发光元件的电极322(见图12A)。不特别地限制用于形成发光元件的电极322的材料，可以使用氧化物半导体，如氧化铟锡、氧化铟锌、或氧化锌；或导电材料，如铝、金或铂。也不特别地限定发光元件的电极322的形成方法，例如，可使用氧化物半导体或导电材料在第二层间绝缘膜321之上形成膜，在形成的膜之上提供由抗蚀剂等形成的掩模，且使用氧化物半导体或导电材料形成的膜可被蚀刻成预定的形状。
接着，形成覆盖发光元件的电极322端部的绝缘膜323(见图12B)。可使用例如氧化硅或氮化硅的无机绝缘物质；如丙烯酸、聚酰亚胺、或抗蚀剂、硅氧烷等有机绝缘物质，形成绝缘膜323。特别，优选使用光敏树脂，例如光敏丙烯酸、光敏聚酰亚胺、或抗蚀剂。当使用光敏树脂通过光刻形成具有预定形状的绝缘膜323时，绝缘膜323可具有圆形的边缘，且因此，可减小发光元件的退化。
随后，在发光元件的电极322之上形成发光层324(见图13A)。通过使用有机物质或无机物质、或无机和有机物质二者形成发光层324。另外，发光层324可以是单层或多层，除了包含发射预定波长的光的物质(发光物质)的层外，所述多层还具有空穴传输层、电子传输层、空穴注入层和电子注入层等。在多层的情况下，在发光元件的电极322之上，可提供使用具有高导电性的有机物质(如PEDOT)形成的层、使用具有高空穴传输特性的物质和显示了对该物质的电子接收特性的物质的混合物形成的层、或可提供使用具有高电子传输特性的物质和显示了对该物质的电子贡献特性的物质的混合物形成的层，此后，可提供其它层，如含发光物质的层、空穴传输层、电子传输层。对于使用如PEDOT的具有高导电性的有机物质形成的层，使用具有高空穴传输特性的物质和对于该物质显示了电子接收特性的物质的混合物形成的层，和使用具有高电子传输特性的物质和对于该物质显示了电子贡赠特性的物质的混合物形成的层，即使当这些层制得厚时，也很难增加发光元件的驱动电压。因此，当这些层制得厚时，减轻了发光元件的电极332的表面上形成的不平坦性，因此防止了发光元件的电极之间的短路等。注意，发光物质可为发射荧光的物质或发射磷光的物质。
为每个不同发光颜色的发光元件形成发光层324，或发光层324可形成为一层，其发射同样发光颜色(例如发白光)。在同样发光颜色的情况下，发光元件可以结合颜色过滤器等，且提取到发光显示器外部的光发射可以根据像素具有不同的颜色。
接着，在发光层324上形成发光元件的电极325。不特别地限制用于形成发光元件的电极325的材料，且可使用氧化物半导体，如氧化铟锡、氧化铟锌、或氧化锌；或导电材料，如铝、金或铂。注意发光元件的电极322和电极325中的至少一个是使用氧化铟锡、氧化铟锌、或氧化锌等形成的，以使从发光层324发出的光可以透射。以这种方式，获得包括发光元件的电极322、发光层324和发光元件的电极325的发光元件340(见图13A)。
接着，通过使用密封材料327彼此贴附衬底300和衬底326，以密封先前形成的晶体管351到353和发光元件340(见图13B)。如图14中所示，衬底326可具有光屏蔽层331和颜色过滤器332。另外，用衬底300和衬底326密封的空间328可用如氮或氩的惰性气体填充，或用树脂材料等填充。所填充的树脂材料可包含干燥剂。
注意，不特别地限制衬底326，且可使用玻璃衬底、塑料衬底(聚酰亚胺，丙烯酸、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚丙烯酸酯、聚醚砜等)等。另外，当使用与衬底326侧(衬底300侧)相对的表面作为显示表面提取发射光时，除了上述衬底之外，可使用陶瓷衬底、金属衬底(钽、钨、钼等)、通过在不锈钢衬底表面上形成绝缘膜获得的衬底等。
接着，通过使用导电粘合剂329等，将FPC(柔性印刷电路)330连接到布线320a(见图13B)。
如上所述，可制造包括根据本发明的半导体器件的发光显示器。在该实施方式中，描述了用于发光显示器的制造方法，但是，在形成发光元件的电极322和电路布置的步骤之后，通过适合地改变步骤可制造液晶显示器等。
另外，在该实施方式中，描述了在相同的衬底上制造使用晶体管的驱动电路部分和象素部分的方法，但是，本发明不限于此。可采用使用包括IC芯片的外部驱动电路部分的结构。
如上所述，当使用根据本发明的针孔减少的晶体半导体膜时，可防止形成的半导体器件的栅绝缘膜的缺陷。因此可以制造具有改进工作特性和可靠性的显示器。
(实施方式3)
参考顶视图16描述通过实施方式1和2中描述的制造方法制造的发光显示器的象素部分的一个方式。
在图16中沿着虚线A-A’的截面对应于图13B中象素部分361的截面图。在图16中，没有示出覆盖发光元件的电极322端部的绝缘膜323、发光层324、发光元件的电极325、衬底326等；然而在实际的情况中提供了它们。
从图16清楚的是，半导体膜211a与包括用作栅电极和电容器电极的区域的第一导电层212a交叠，且提供了对应于图13B中晶体管353的晶体管201，和对应于电容器354的电容器202。第一导电层212a通过第二导电层213，连接到发光元件的电极207(对应于图13B的发光元件的电极322)。另外，在与第一导电层212a相同的层中形成栅线204。
另外，提供源线205和供电线206，使其与栅线204相交。源线205连接到包括半导体膜211b和第三导电层212b的晶体管203的源极。注意，图15C的晶体管355对应于晶体管203。在与栅线204和第一导电层212a相同的层中提供第三导电层212b，且其连接到栅线204。另外，栅线204的部分提供成用作晶体管203的栅电极。
供电线206连接到半导体膜211，以当晶体管201导通时，将电流供给发光元件。注意，在该实施方式中，元件也可通过其它导电层彼此电连接，如在通过第四导电层214彼此连接半导体膜211b和第一导电层212a的情况下。另外，在该实施方式中，用作电容器202的电极的第一导电层212a的部分，具有不平坦的锯齿形状。通过这种形状，电荷容易在电容器202中积累。
如图17的电路图中所示地连接晶体管201和203、电容其202、栅线204、源线205和供电线206。注意发光元件208包括图16的发光元件的电极207。发光元件208为二极管型元件。如在本实施例中的串联连接到发光元件208的晶体管201是p沟道晶体管的情况，发光元件的电极207作为阳极。另一方面，晶体管201是n沟道晶体管的情况，发光元件的电极207作为阴极。
在图17中，晶体管201为p沟道晶体管，且晶体管203为n沟道晶体管；然而，本发明不限于此，晶体管201可以为n沟道晶体管，且晶体管203为p沟道晶体管。可选地，晶体管201和晶体管203可均为n沟道晶体管，或晶体管201和晶体管203均为p沟道晶体管。
根据本发明的发光显示器的像素部分中，在矩阵中提供多个发光元件，其通过如图17中所示的电路驱动。用于驱动发光元件的电路不限于图17中所示的电路，且可使用，例如具有提供有擦除晶体管的配置的电路等，所述擦除晶体管用于擦除线和擦除操作以强制擦除输入信号。另外，对于图16中示出的像素部分的顶视图，布线等根据布局适当改变。
当像素部分具有使用根据本发明的针孔减少的晶体半导体膜的半导体器件时，可获得具有改进的工作特性和可靠性、且具有高清晰度像素部分的显示装置。
(实施方式4)
参考图18A和18B描述，使用包括通过实施方式1和2中描述的制造方法制造的发光显示装置的面板的模块。
图18A显示信息终端模块。提供面板600，其包括每个像素中具有发光元件的像素部分601、第一扫描线驱动电路602a和选择在像素部分601中包括的像素的第二描线驱动电路602b、和向选定的像素供给视频信号的信号线驱动电路603。像素部分601对应于图13B中的像素部分361、或在图16的顶视图中说明的像素部分等。
通过FPC(柔性印刷电路板)604将印刷线路板610连接至面板600。在印刷线路板610上，安装有控制器611、CPU(中央处理器单元)612、存储器613、供电电路614和音频处理电路615、发射/接收电路616和如电阻器、缓冲器和电容器的其他元件。
通过提供在印刷线路板610上的接口(I/F)部分617，输入和输出各种控制信号。在印刷线路板610上提供用于向天线发射信号/从天线接收信号的天线部分618。
注意，在该实施方式中，通过FPC604将印刷线路板610连接到面板600；然而，本发明不限于此。可通过COG(玻璃上芯片)方法，直接将控制器611、音频处理器615、存储器613、CPU612或供电电路614安装到面板600之上。另外，在印刷线路板610上提供的如电容器和缓冲器的各种元件，防止供电电压或信号中的噪声和信号的圆形上升(rounded rise)。
图18B显示了图18A中示出的模块的框图。该模块包括，控制信号产生电路620、解码器621、寄存器622、运算电路623、RAM624、CPU的接口625等，作为CPU612。一旦保持在寄存器622之后，通过接口625输入到CPU612的各种信号输入到运算电路623、解码器621等。运算电路623基于输入信号工作，且指定地址以发送各种指令。同时，解码输入到解码器621的信号，并将其输入到控制信号产生电路620。控制信号产生电路620产生基于输入信号产生包括各种指令的信号，并将该信号发送到由运算电路623指定的地址，其具体为存储器613、发射/接收电路616、音频处理电路615、控制器611等。
作为存储器613，提供VRAM631、DRAM632、闪存633等。VRAM631存储在面板600上显示的图像数据，DRAM632存储图像数据或音频数据，闪存633存储各种程序。
供电电路614产生施加到面板600、控制器611、CPU612、音频处理器615、存储器613、和发射/接收电路616的供电电压。此外，根据面板的规格，在一些情况中，在供电电路614中提供电流源。
存储器613、发射/接收电路616、音频处理器615和控制器611根据各自接收到的指令工作。下面简要地描述这些工作。
通过接口(I/F)部分617，将从输入单元634输入的信号传输到安装在印刷线路板610上的CPU612。控制信号产生电路620根据从如指点装置或键盘的输入单元634传输的信号，将存储在VRAM631中的图像数据转换为预定的格式，接着将其传输到控制器611。
控制器611根据面板的规格处理包括从CPU612传输的图像数据的信号，并将其供给面板600。控制器611基于从供电电路614输入的供电电压或从CPU612输入的各种信号，产生和向面板600发送Hsync信号、Vsync信号、时钟信号CLK、交流电压(AC Cont)、和开关信号L/R。
在发射/接收电路616中，处理作为电波通过天线643发射和接收的信号。具体地，包括高频电路，如隔离器、频带通路滤波器、VCO(压控振荡器)、LPF(低通滤波器)、耦合器和balan。在通过发射/接收电路616发射和接收的这些信号之中，包括音频数据的信号根据从CPU612传输的指令传送到音频处理电路615。
根据来自CPU612的指令传送的包括音频数据的信号在音频处理电路615中被解调成音频信号，并传输到扬声器648。在音频处理电路615中，调制从麦克风647传输的音频信号，并根据来自CPU612的指令将其传输到发射/接收电路616。
控制器611、CPU612、供电电路614、音频处理器615、存储器613可结合为印刷线路板610的一个封装体。除了如隔离器、频带通路滤波器、VCO(压控振荡器)、LPF(低通滤波器)、耦合器和balan的高频电路，本实施方式还可应用于任何电路。
当本实施方式中描述的显示板或驱动电路，具有使用根据本发明的针孔减少的晶体半导体膜的半导体器件时，可获得具有高分辨率显示面板和高可靠性的模块。
(实施方式5)
参考图18A和18B、和图19描述本实施方式。图19显示了紧凑型电话(移动电话)的一个模式，其无线地工作、可随处携带、包括使用具有根据本发明的半导体器件和发光显示器件的面板的模块。显示面板700可拆卸地结合到外壳701中，以使其容易地固定到印刷线路板710。可根据外壳701结合到其中的电子装置，适当地改变外壳701的形状和尺寸。
在图19中，显示面板700(对应于图18A和18B中的面板600)所固定的外壳701，装配到印刷线路板710(对应于图18A和图18B中的印刷线路板610)，且装配成模块。在印刷线路板710上，安装控制器、CPU、存储器、供电电路、和其他的元件(如电阻器、缓冲器和电容器)。此外提供包括麦克风704和扬声器705的音频处理电路和如发射/接收电路的信号处理电路703。如图18A和18B中所示，通过FPC将显示面板700连接到印刷线路板710。
在机壳706中容纳模块720、输入单元708和电池707。显示面板700的像素部分设置成，能够通过在机壳706中形成的窗口看到该像素部分。
作为例子，图19中示出的机壳706显示了电话的外部形状。然而本发明不限于此，根据功能和应用具有各种模式。
在本实施方式中描述的紧凑型电话(移动电话)在显示面板或印刷线路板中提供有半导体器件，其使用根据本发明的针孔减少的晶体半导体膜。因此，可获得具有高分辨率显示面板和高可靠性的模块。
(实施方式6)
在实施方式5中，作为包括根据本发明的半导体器件和发光显示器件的电子装置，描述了紧凑型电话(移动电话)。本实施方式描述其它的电子装置：如摄像机或数码相机的照相机、护目型显示器(头戴显示器)、导航系统、音频再现装置(例如小汽车立体声系统或组合音响)、个人笔记本计算机、游戏机、便携的信息终端(如移动计算机、移动电话、便携的游戏机或电子书)、具有记录介质的图像再现装置(具体地，再现如DVD(数字通用盘)的记录的介质且具有显示再现的图像的显示能力的装置)等。
图20A说明包括主体1801、显示部分1802、成像部分、操作键1804、快门1805等的数码相机。注意，图20A为显示部分1802侧的图，没有示出成像部分。通过使用根据本发明的半导体器件和发光器件，可获得具有高分辨率显示部分和高可靠性的数码相机。
图20B说明包括主体部分1821、机壳1822、显示部分1823、键盘1824、外部连接端口1825、鼠标1826等的笔记本个人计算机。通过使用根据本发明的半导体器件和发光显示器件，可获得具有高分辨率显示部分和高可靠性的个人笔记本计算机。
图20C说明具有记录介质的便携的图像再现装置(具体地DVD再现装置)，包括主体部分1841、机壳1842、显示部分A1843、显示部分B1844、记录介质(DVD等)读取部分1845、操作键1846、扬声器部分1847等。显示部分A1843主要显示图像数据，而显示部分B1844主要显示文本数据。注意，具有记录介质的图像再现装置也包括家庭游戏机等。通过使用根据本发明的半导体器件和发光显示器件，可获得具有高分辨率显示部分和高可靠性的图像再现装置。
图20D说明了显示装置，包括机壳1861、支撑架1862、显示部分1863、扬声器1864、视频输入端子1865等。在显示部分1863和驱动器中使用通过上述的实施方式中描述的制造方法形成的半导体器件，制造该显示装置。注意，该显示装置包括液晶显示器、光发射显示器等，具体地包括用于信息显示的所有显示器，例如，用于个人计算机或TV广播接收机或用于广告显示的显示装置。通过本发明，可以获得具有高分辨率显示部分和高可靠性的大尺寸显示装置，具体地，22到50英寸的大屏。
如上所述，可获得具有根据本发明的半导体器件和发光显示器件的高可靠性的各种电子装置。
[实施例1]
本实施例将描述通过使用本发明制造的晶体半导体膜。注意在图21到23中的每个照片为SEM照片，其中放大了晶体半导体膜的表面(以30000倍放大)。此后，简要描述图21到23中晶体半导体膜的制造方法。
说明图21。首先，用诸如镍的促进结晶的金属元素掺杂在绝缘衬底上形成的非晶硅膜，并通过热处理结晶该非晶硅膜。接着，通过使用氢氟酸去除结晶硅膜(晶体硅膜)之上形成的诸如自然氧化膜的氧化膜。接着用激光照射晶体硅膜。激光的能量密度可以高于或等于350mJ/cm2并且小于或等于400mJ/cm2，且在晶体硅膜的任意点进行11.6次辐射发射(shot)。接着在晶体硅膜之上形成包括诸如Ar的稀有气体元素的半导体膜，诸如自然氧化膜的氧化膜介于其间。通过热处理，将金属元素吸气到包含稀有气体元素的半导体膜，且减少或去除了晶体硅膜中的金属元素。接着，通过用如TMAH的碱性溶液蚀刻去除包含稀有气体元素的半导体膜，并随后通过使用氢氟酸基溶液去除氧化膜。到此制造的晶体硅膜称为样品A。图21显示了该制造的晶体硅膜(样品A)的表面的SEM照片。
接着，说明图22。首先，用诸如镍的促进结晶的金属元素掺杂在绝缘衬底上形成的非晶硅膜，并通过热处理结晶该非晶硅膜。接着，通过使用氢氟酸去除结晶硅膜(晶体硅膜)之上形成的诸如自然氧化膜的氧化膜，之后立即用含臭氧的水溶液处理该晶体硅膜表面，以形成新的氧化膜。接着用第一激光照射晶体硅膜。第一激光的能量密度可以高于或等于350mJ/cm2并且小于或等于400mJ/cm2，且在晶体硅膜的任意点进行11.6次辐射发射。接着在该晶体硅膜之上形成包括诸如Ar的稀有气体元素的半导体膜，诸如自然氧化物的氧化膜介于其间。通过热处理，将金属元素吸气到包含稀有气体元素的半导体膜，且减少或去除了该晶体硅膜中的金属元素。接着，通过用如TMAH的碱性溶液蚀刻去除包含稀有气体元素的半导体膜，随后通过使用氢氟酸基溶液去除氧化膜。此后，用第二激光照射晶体硅膜。该第二激光的能量密度可以高于或等于350mJ/cm2并且小于或等于400mJ/cm2，且在晶体硅膜的任意点进行5.8次辐射发射。到此制造的晶体硅膜称为样品B。图22显示了所制造的晶体硅膜(样品B)的表面的SEM照片。
接着，说明图23。首先，用诸如镍的促进结晶的金属元素掺杂在绝缘衬底上形成的非晶硅膜，并通过热处理结晶该非晶硅膜。接着，通过使用氢氟酸去除结晶化硅膜(晶体硅膜)之上形成的如自然氧化膜的氧化膜，此后立即用含臭氧的水溶液处理该晶体硅膜的表面，以形成新的氧化膜。接着用第一激光照射该晶体硅膜。第一激光的能量密度可以高于或等于350mJ/cm2并且小于或等于400mJ/cm2，且在晶体硅膜的任意点进行11.6次辐射发射。接着在该晶体硅膜之上形成包括如Ar的稀有气体元素的半导体膜，氧化膜介于其间。通过热处理，将金属元素吸气到包含稀有气体元素的半导体膜，且减少或去除了晶体硅膜中的金属元素。接着，通过用如TMAH的碱性溶液蚀刻去除包含稀有气体元素的半导体膜，随后通过使用氢氟酸基溶液去除氧化膜。此后，用第二激光照射晶体硅膜。该第二激光的能量密度可以高于或等于310mJ/cm2并且小于或等于360mJ/cm2，且在晶体硅膜的任意点进行5.8次辐射发射。到此制造的晶体硅膜称为样品C。图23显示了所制造的晶体硅膜(样品C)的表面的SEM照片。
表1显示了分别在上述条件下制造的晶体硅膜样品A、B和C每一个的表面上，每单位面积(1mm2)的针孔密度。通过使用SEM计数一个屏中包含的针孔数，测量针孔的数目。
[表1]
 
样品 针孔密度(mm-2)
A 7.7x104
B 0
C 0
如图21中的照片所示，在通过热处理结晶非晶半导体膜、去除氧化膜、且仅进行一次激光照射的情况下(不进行第二激光照射的情况下)，可以看出在晶体硅膜(样品A)的表面之上有多个针孔，且表面是不平钽的。如表1中所示，此时，晶体硅膜(样品A)的单位面积的针孔密度为7.7×104个/mm2。
另一方面，如图22中所示，在通过热处理结晶非晶半导体膜、去除氧化膜、且此后立即形成另一氧化膜之后，并且在吸气步骤之前和之后进行两次激光照射的情况下，可以看出在晶体硅膜(样品B)的表面之上几乎没有针孔，且表面是平坦的。
另外，与图22相同，清楚的是在图23中示出的照片中晶体硅膜(样品C)的表面之上几乎没有针孔，且表面是平坦的。注意，样品B和样品C的晶体硅膜的不同仅在于第二激光的能量密度。
因此，从图21到23和表1明显看出，当通过热处理结晶非晶硅膜、去除氧化膜、且此后立即形成另一氧化膜、并且在吸气步骤之前和之后进行两次激光照射时，可以减少晶体硅膜表面上的针孔，且表面可为平坦的。
本申请基于2005年11月9日在日本专利局提交的日本专利申请序列号no.2005-324359，其全文在此合并引用。

Claims (14)

1.一种用于制造半导体器件的方法，包括步骤：
在具有绝缘表面的衬底上形成非晶半导体膜；
将促进结晶的金属元素添加到该非晶半导体膜中；
通过第一热处理结晶该非晶半导体膜来形成结晶半导体膜；
去除在所述第一热处理中在该结晶半导体膜上形成的第一氧化膜；
在去除所述第一氧化膜后，在该结晶半导体膜上形成第二氧化膜；
在形成该第二氧化膜后，用第一激光照射其上形成了该第二氧化膜的所述结晶半导体膜。
2.一种用于制造半导体器件的方法，包括步骤：
在具有绝缘表面的衬底上形成非晶半导体膜；
将促进结晶的金属元素添加到该非晶半导体膜中；
通过第一热处理结晶该非晶半导体膜来形成结晶半导体膜；
去除在所述第一热处理中在该结晶半导体膜上形成的第一氧化膜；
在去除所述第一氧化膜后，在该结晶半导体膜上形成第二氧化膜；
在形成所述第二氧化膜后，用第一激光照射其上形成了该第二氧化膜的所述结晶半导体膜；
在该第二氧化膜上形成含有稀有气体元素的半导体膜；
通过第二热处理将含在所述结晶半导体膜中的所述金属元素吸气到含有稀有气体元素的所述半导体膜；
去除含有稀有气体元素的所述半导体膜和所述第二氧化膜；和
用第二激光照射所述结晶半导体膜。
3.一种用于制造半导体器件的方法，包括步骤：
在具有绝缘表面的衬底上形成非晶半导体膜；
将促进结晶的金属元素添加到该非晶半导体膜中；
通过第一热处理结晶该非晶半导体膜来形成结晶半导体膜；
去除在所述第一热处理中在该结晶半导体膜上形成的第一氧化膜；
在去除所述第一氧化膜后，在该结晶半导体膜上形成第二氧化膜；
在形成所述第二氧化膜后，在包含氧的气氛中用第一激光照射其上形成了该第二氧化膜的所述结晶半导体膜；
在该第二氧化膜上形成含有稀有气体元素的半导体膜；
通过第二热处理将含在所述结晶半导体膜中的所述金属元素吸气到含有稀有气体元素的所述半导体膜；
去除含有稀有气体元素的所述半导体膜和所述第二氧化膜；和
在含有氮的气氛中或真空中用第二激光照射所述结晶半导体膜。
4.一种用于制造半导体器件的方法，包括步骤：
在具有绝缘表面的衬底上形成非晶半导体膜；
将促进结晶的金属元素添加到该非晶半导体膜中；
通过第一热处理结晶该非晶半导体膜来形成结晶半导体膜；
用氢氟酸去除在所述第一热处理中在该结晶半导体膜上形成的第一氧化膜；
在去除所述第一氧化膜后，用含臭氧的水溶液在该结晶半导体膜上形成第二氧化膜；
在形成所述第二氧化膜后，在含氧的气氛中用第一激光照射其上形成了所述第二氧化膜的所述结晶半导体膜；
在所述第二氧化膜上形成含有稀有气体元素的半导体膜；
通过第二热处理将含在所述结晶半导体膜中的金属元素吸气到含有稀有气体元素的所述半导体膜；
去除含有稀有气体元素的所述半导体膜和所述第二氧化膜；和
在含有氮的气氛中或真空中用第二激光照射所述结晶半导体膜。
5.一种用于制造半导体器件的方法，包括步骤：
在具有绝缘表面的衬底上形成非晶半导体膜；
将促进结晶的金属元素添加到该非晶半导体膜中；
通过第一热处理结晶该非晶半导体膜来形成结晶半导体膜；
去除在所述第一热处理中形成于该结晶半导体膜上的第一氧化膜；
在去除所述第一氧化膜后，在该结晶半导体膜上形成第二氧化膜；
在形成所述第二氧化膜后，用第一激光照射其上形成了所述第二氧化膜的所述结晶半导体膜；
在所述第二氧化膜上形成含有稀有气体元素的半导体膜；
通过第二热处理将含在所述结晶半导体膜中的所述金属元素吸气到含有稀有气体元素的所述半导体膜；
去除含有稀有气体元素的所述半导体膜和第二氧化膜；
用第二激光照射所述结晶半导体膜；
通过蚀刻该结晶半导体膜来形成岛状半导体膜；以及
在所述岛状半导体膜上形成栅绝缘膜。
6.一种用于制造半导体器件的方法，包括步骤：
在具有绝缘表面的衬底上形成非晶半导体膜；
将促进结晶的金属元素添加到该非晶半导体膜中；
通过第一热处理结晶该非晶半导体膜来形成结晶半导体膜；
去除在所述第一热处理中形成于该结晶半导体膜上的第一氧化膜；
在去除所述第一氧化膜后，在该结晶半导体膜上形成第二氧化膜；
在形成所述第二氧化膜后，在含氧气氛中用第一激光照射其上形成了所述第二氧化膜的所述结晶半导体膜；
在所述第二氧化膜上形成含有稀有气体元素的半导体膜；
通过第二热处理将含在所述结晶半导体膜中的所述金属元素吸气到含有稀有气体元素的所述半导体膜；
去除含有稀有气体元素的所述半导体膜和所述第二氧化膜；
在含氮气氛中或真空中用第二激光照射所述结晶半导体膜；
通过蚀刻该结晶半导体膜来形成岛状半导体膜；和
在所述岛状半导体膜上形成栅绝缘膜。
7.一种制造半导体器件的方法，包括步骤：
在具有绝缘表面的衬底上形成非晶半导体膜；
将促进结晶的金属元素添加至该非晶半导体膜中；
通过第一热处理结晶该非晶半导体膜来形成结晶半导体膜；
用氢氟酸去除在所述第一热处理中在该结晶半导体膜上形成的第一氧化膜；
在去除所述第一氧化膜后，用含臭氧的水溶液在该结晶半导体膜上形成第二氧化膜；
在形成所述第二氧化膜后，在含氧气氛中用第一激光照射其上形成了所述第二氧化膜的所述结晶半导体膜；
在所述第二氧化膜上形成含有稀有气体元素的半导体膜；
通过第二热处理将含在所述结晶半导体膜中的所述金属元素吸气到含有稀有气体元素的所述半导体膜；
去除含有稀有气体元素的所述半导体膜和所述第二氧化膜；
在含氮气氛中或真空中用第二激光照射所述结晶半导体膜；
通过蚀刻该结晶半导体膜来形成岛状半导体膜；和
在所述岛状半导体膜上形成栅绝缘膜。
8.根据权利要求1-7中的任一项的制造半导体器件的方法，其中以高于或等于350mJ/cm2并低于或等于400mJ/cm2的能量密度进行用所述第一激光的照射。
9.根据权利要求1-7中的任一项的制造半导体器件的方法，其中去除所述第一氧化膜和用所述第一激光照射之间的时间间隔为两个小时或更少。
10.根据权利要求1-7中的任一项的制造半导体器件的方法，其中铁(Fe)、镍(Ni)、钴(Co)、钌(Ru)、铑(Rh)、钯(Pd)、锇(Os)、铱(Ir)、铂(Pt)、铜(Cu)和金(Au)中的一种或多种用作促进结晶的所述金属元素。
11.根据权利要求2-7中的任一项的制造半导体器件的方法，其中以高于或等于340mJ/cm2并低于或等于400mJ/cm2的能量密度进行用所述第二激光的照射。
12.根据权利要求2-7中的任一项的制造半导体器件的方法，其中所述第二激光的发射数低于所述第一激光的发射数。
13.根据权利要求2-7中的任一项的制造半导体器件的方法，其中用所述第一激光照射和形成包含稀有气体元素的所述半导体膜之间的时间间隔为48小时或更少。
14.根据权利要求2-7中的任一项的制造半导体器件的方法，其中去除所述第二氧化膜和开始用所述第二激光照射之间的时间间隔为两小时或更少。
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